Метеорологична станция с регистриране на данни: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

В тази инструкция ще ви покажа как сами да направите система за метеорологични станции. Всичко, от което се нуждаете, са основни познания по електроника, програмиране и малко време.

Този проект все още е в процес на създаване. Това е само първата част. Надстройките ще бъдат качени в следващите един или два месеца.

Ако имате въпроси или проблеми, можете да се свържете с мен на моя имейл: [email protected]. Компоненти, предоставени от DFRobot

Така че нека започнем

Стъпка 1: Материали

Почти всички необходими материали за този проект могат да бъдат закупени в онлайн магазина: DFRobot

За този проект ще ни трябва:

-Комплект за станция за времето

-Модул на SD карта Arduino

-SD карта

-Слънчев мениджър на енергия

-5V 1A Слънчев панел

-Някои найлонови кабелни връзки

-Монтажен комплект

-ЛСД дисплей

-Дървена дъска

-Литиево-йонни батерии (използвах батерии Sanyo 3.7V 2250mAh)

-Водоустойчива пластмасова разпределителна кутия

-Някои проводници

-Резистори (2x 10kOhm)

Стъпка 2: Модули

За този проект използвах два различни модула.

Мениджър на слънчева енергия

Този модул може да се захранва с две различни захранвания, 3.7V батерия, 4.5V - 6V слънчев панел или USB кабел.

Той има два различни изхода. 5V USB изход, който може да се използва за захранване на Arduino или друг контролер и 5V пинове за захранване на различни модули и сензори.

Спецификации:

• Слънчево входно напрежение (SOLAR IN): 4.5V ~ 6V
• Вход за батерия (BAT IN): 3.7V Едноклетъчен Li-полимер/Li-йон
• Ток на зареждане на батерията (USB/SOLAR IN): 900 mA Максимално зареждане, постоянен ток, трифазно зареждане с постоянно напрежение
• Зарядно напрежение на прекъсване (USB/SOLAR IN): 4.2V ± 1%
• Регулирано захранване: 5V 1A
• Регулирана ефективност на захранването (3.7V BAT IN): 86%при 50%натоварване
• Ефективност на USB/слънчево зареждане: 73%@3.7V 900mA BAT IN

SD модул

Този модул е напълно съвместим с Arduino. Тя ви позволява да добавите масово съхранение и регистриране на данни към вашия проект.

Използвах го за събиране на данни от метеорологичната станция с 16GB SD карта.

Спецификации:

• Пробивна платка за стандартна SD карта и Micro SD (TF) карта
• Съдържа превключвател за избор на слота за флаш карта
• Седи директно на Arduino
• Използва се и с други микроконтролери

Стъпка 3: Комплект метеорологична станция

Основният компонент на този проект е комплектът за метеорологични станции. Захранва се от 5V от Arduino или можете да използвате и външно 5V захранване.

Той има 4 пина (5V, GND, TX, RX). TXD портът за данни използва 9600bps.

Комплектът за метеорологични станции се състои от:

• Анемометър
• Ветрови лопатка
• Кофа за дъжд
• Сензорна платка
• Колело от неръждаема стомана (30 см) (11,81 ")
• Компонентен пакет

Може да се използва за измерване:

• Скоростта на вятъра
• Посока на вятъра
• Количество валежи

Той има вграден сензор за влажност и температура, който също може да измерва барометричното налягане.

Анемометърът може да измерва скоростта на вятъра до 25 m/s. Посоката на вятъра се показва в градуси.

Повече информация за този комплект и примерен код можете да намерите на: DFRobot wiki

Стъпка 4: Как да сглобите комплекта за метеорологични станции

Сглобяването на този комплект е доста лесно, но за повече информация относно сглобяването вижте урок за това как да сглобите този комплект.

Урок: Как да сглобите комплект метеорологични станции

Стъпка 5: снабдяване и жилища

Батерия:

За този проект използвах 3.7V литиево-йонни батерии. Направих батерия от 5x от тези батерии. Всяка батерия има около 2250 mAh, така че пакет от 5x дава около 11250 mAh, когато е свързан паралелно.

Връзка: Както споменах, свързах батерии паралелно, защото паралелно запазвате първоначалното напрежение, но печелите по -голям капацитет на батерията. Например: Ако имате две 3.7V 2000 mAh батерия и я свържете паралелно, ще получите 3.7V и 4000 mAh.

Ако искате да постигнете по -голямо напрежение, трябва да ги свържете последователно. Например: Ако свържете последователно две батерии от 3.7V 2000 mAh, ще получите 7, 4V и 2000 mAh.

Слънчев панел:

Използвах 5V 1A слънчев панел. Този панел има около 5 W изходна мощност. Изходното напрежение достига до 6V. Когато тествах панела при облачно време, изходното му напрежение беше около 5.8-5.9V.

Но ако искате напълно да снабдите тази метеорологична станция със слънчева енергия, трябва да добавите 1 или 2 слънчеви панела и оловно-киселинна батерия или нещо друго, за да съхранявате енергия и да захранвате станцията, когато няма слънце.

КЪЩА:

Не изглежда, но корпусът е една от най -важните части на тази система, тъй като защитава жизненоважни компоненти от външни елементи.

Затова избирам водоустойчива пластмасова разпределителна кутия. Той е достатъчно голям, за да побере всички компоненти вътре. Размерът е около 19х15 см.

Стъпка 6: Окабеляване и код

Arduino:

Всички компоненти са свързани с Arduino.

-SD модул:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• MOSI -> цифров щифт 9
• MISO -> цифров пин 11
• SCK -> цифров извод 12
• SS -> цифров пин 10

Табло на метеорологичната станция:

• 5V -> 5V
• GND -> GND
• TX -> RX на Arduino
• RX -> TX на Arduino

Батерията е свързана директно към диспечера на захранването (вход на батерията 3.7V). Също така направих връзка от батерия към аналогов щифт A0 на Arduino за мониторинг на напрежението.

Слънчевият панел е свързан директно към този модул (слънчев вход). Слънчевият панел също е свързан към делителя на напрежението. Изходът на делителя на напрежение е свързан към аналоговия щифт A1 на Arduino.

Също така направих връзка, за да можете да свържете LCD дисплей към него, за да проверите напрежението. Така че LCD е свързан към 5V, GND и SDA от LCD преминава към SDA на Arduino и същото с SCK пина.

Arduino е свързан към модула за управление на захранването с USB кабел.

КОД:

Кодът за тази метеорологична станция може да се намери в уикито на DFRobot. Прикачих и моя код с всички ъпгрейди.

-Ако искате да получите правилната посока на вятъра за вашата позиция, трябва ръчно да промените стойностите на спад в програмата.

Така че всички данни се съхраняват в txt файл с име test. Можете да преименувате този файл, ако искате. Записвам всички възможни стойности от метеорологичната станция и също така пише в напрежението на батерията и слънчевото напрежение. За да можете да видите как е консумацията на батерията.

Стъпка 7: Измерване на напрежение и тестване

Трябваше да направя мониторинг на напрежението на батерията и слънчевия панел за моя проект.

За наблюдение на напрежението на батерията използвах аналогов щифт. Свързах + от батерия към аналогов извод A0 и - от батерия към GND на Arduino. В програмата използвах функцията "analogRead" и "lcd.print ()" за показване на стойността на напрежението на LCD. Третата снимка показва напрежението на батерията. Измерих го с Arduino, а също и с мултицет, за да мога да сравня стойността. Разликата между тези две стойности е около 0.04V.

Тъй като изходното напрежение от слънчевия панел е по -голямо от 5V, трябва да направя делител на напрежение. Аналоговият вход може да приема максимум 5V входно напрежение. Направих го с два 10kOhm резистора. Използването на два резистора с еднаква стойност разделя напрежението точно наполовина. Така че, ако свържете 5V, изходното напрежение ще бъде около 2.5V. Този делител на напрежение е на първата снимка. Разликата между стойността на напрежението на LCD и на мултицет беше около 0,1-0,2V

Уравнение за изхода на делителя на напрежение е: Vout = (Vcc*R2)/R1+R2

Тестване

Когато свързах всичко заедно и опаковах всички компоненти в корпус, трябваше да направя външен тест. Затова извадих метеорологична станция навън, за да видя как ще работи в реални външни условия. Основната цел на този тест беше да се види как ще работят батериите или колко ще се разрежда по време на този тест. При изпитването външната температура беше около 1 ° C навън и около 4 ° C вътре в корпуса.

Напрежението на батерията спадна от 3.58 на около 3.47 за пет часа.